SE523612C2 - Kopplingsarrangemang - Google Patents

Description

25 30 n I n. , o - . , _ _' I". a." u e... . n. , _ _ 'I n . u .ø- n. h, , " ß n . ' 4 I . ,, .." 1 I n n» , Man kan enkelt beräkna reaktansen att vara samma som nätverktes impedans, d.v.s. Xc=a>L2 = 100 ohm och mL. = 50 ohm.

Ledningsimpedansen ZO kan kalkyleras som: Zflfll/IQ ° = :ii- RsRg där M = K L, * Lz Q = mL, /Rs K-faktorn är beroende av det fysiska avståndet mellan de två spolarna och deras orientering relativ varandra. Optimal energiöverföring uppnås när (ZrçfMY /Rs är lika med Rg. Nackdelen med dessa kopplare är: förluster genom M-faktorn som kommer att ge effektivitet vi 25-40 %.

Q-faktorn ger en begränsad bandbredd av någon 6-8 MHz. tillverkningsproblem, som tvingar att trimma alla enheter.

PPV” Skärmning för att reducera EMC kommer att påverka kopplarens prestanda.

För att förbättra kopplarens prestandan är det möjligt att öka K-faktorn och eliminera Q-parametern; helst genom att använda en kopplare med en ferritkärna.

Denna lösning är mycket vanligt i bredbandiga effektförstärkare inom radiofrekvens (RF) band. För att uppnå bredbandslösningen Iindas ledningarna i en tvåtrådig mod på en kärna. Denna design fungerar som en transmíssionslinje och lindningen på en representativ toroid, kopplas signalen i en magnetmod vid lägre frekvenser och kapacitiv i högre frekvenser. En kopplare lindad i transmissionsmode har överföringsfunktionen uttryckt matematiskt som: Kraftut _ 4(1+ cos ßl)2 _ Till gangzfgkfafi su + cos ßzy + 4 51112 ßz ' 10 15 20 25 0 u nu . , u .. a., _ "0- I n u n p - u a nu .. a n. .. , _ _ - . a _ .. u» .u ,,, ' ~ a . , : : :~: -; ~ ' n 3 där ß är faskonstant och I är trådens längd.

Detta betyder att responsen är ner 1 dB vid l= Ä/4 och nollnivå uppstår vid l = Ä/ 2. För en god bredbandsrespons måste transformatorn vara liten. K-faktron är nära 1. En möjlig bandbredd är t.ex. 1 MHz till 50 MHz.

Ett alternativ är den binokulära bredbandstransformatorn, såsom visas i figurerna 4a och 4b. Eftersom trådarna omges av mer kärnvolym av järnmateriai, är den mindre känslig för det ömsesidiga beroendet mellan ledningarna. Detta betyder att ledningarna kan lindas på ett rakare sätt och funktionen är mer lik en vanlig transformator, d.v.s.: Qi _ A _ (ny _ 22 ' där n1 och n2 är antalet spolar och Z1 och Z2 impedansen hos den första och andra spolen.

Det ekvivalenta schemat för binokulären visas i Fig. 5 och är enligt följande: Följande formler kan användas för denna krets: ZC_ ÅL..

CD i.. Zl 2 co” SD.- 1 2 wHZc Le= Z° ZaJL där Zc motsvarar den representativa transformator impedansen wH hög brytning av vinkelfrekvens cuL låg brytning av vinkelfrekvens LL är läckinduktansen nnnn .W 10 15 20 25 30 35 u o o . . . a a | . ., 523 612 4 Cd Kapacitansen, huvudsakligen mellan ledningar Le Ekvivalent magnetiseringsinduktans.

Formlerna visar att bandbredden är bredd vid minimum CD och LL vilket beror av ett fåtal Iedningslindningar. Le värdet är upprätthållen av en hög AL värde, vilket även ger mindre antal lindningar. Nackdelarna med ferritkopplare är p.g.a. dess höga kopplingsfaktor är den även känslig för longitudinella brus och transienter.

Det finns ett antal patentdokument som avser detta område, vilka inte löser de nämnda problemen på ett nöjaktigt sätt.

EP 961 415 A1 avser en dataöverföringsmetod, vilken har en signal som skall överföras matad till en elledning av LV, MV eller HV installation och extraherar simultant via åtminstone 2 utgångskopplare. Deras signaler kombineras via ett val- och kombineringssteg, för att tillhandahålla en enkel utsignal.

I WO 93/25011 tillhandahålles en kopplingsanordning för koppling av en sändande enhet till en transmissionslinje. Enligt denna ansökan tillhandahålles en transformator vars sekundära lindning är en del av en transmissionslinje och vars primära lindning är integrerad till en parallell resonanskrets, vars resonansfrekvens är stämd varje gång till en bärfrekvens av sänd signal. Dessutom a en inställningsenhet kan också anordnas för automatisk inställning av den parallella resonanskretsen.

Kortfattad beskrivning av uppfinningen Det är uppfinningens huvudsakliga ändamål att tillhandahålla en signal kopplare som reducerar och eliminerar nackdelar med de kända kopplare, fördelarna med kopplaren enligt uppfinningen är att: mindre förlust genom M-faktorn, bättre Q- faktor ger en dynamisk och hög bandbredd, enkel tillverkning, mindre trimníngs och justeringsarbete och bättre avskärmning, som ger bättre prestanda hos kopplaren. Dessutom, ger uppfinningen en kompaktare kopplare.

Av dessa skäl, är i den initialt nämnda anordningen den andra lindningen försedd med ytterliggare tenninaler anslutna till jord. Med fördel är tenninalema anordnade 10 15 20 25 30 35 523 612 (väsentligen) i samma avstånd till nämnda första och andraterminaler. Fö reträdesvis är terminalerna anordnade i samma avstånd till nämnda första och andraterminaler.

Med fördel, består kopplaren av en spole för radiofrekvenser. Enligt ett utförande består nämnda överförare av en toroidspole eller en cylindrisk spole.

I ett kraftledningssystem ansluten till ett dataöverföringssystem, avser uppfinningen även en anordning för koppling/avkoppling av en datasignal, innefattande en första överförande sida försedd med en första lindning ansluten till en signalingång och en andra överförande sida innefattande en andra lindning innefattande en första och andra terminaler och ansluten till en signalutgång. Den andra lindningen innefattar ytterliggare terminaler anslutna till jord.

Uppfinningen avser även en metod för reducering av brus i en signalkopplingsanordning, innefattande en första lindning ansluten till en signalingång och en andra lindning ansluten till en signalutgång. Metod innefattar stegen att jorda en longitudinell komponent i nämnda lindning av åtminstone en av lindningarna vid väsentligen en mittpunkt Kort beskrivning av ritningar I det följande kommer uppfinningen att beskrivas mer detaljerad med hänvisning till ett antal exemplariska utföringsformer illustrerade i närslutna ritningar, i vilka: Fig. 1 visar en schematisk illustration av ett informationsöverföringssystem över ett kraftledningsnätverk, Fig. 2a och 2b visar schematiska layouter av en luftkopplare och dess elektriska ekvivalens.

Fig. 3 visar ett elektriskt ekvivalensschema av en kopplare, Fig. 4a och 4b visar i ett schematiskt sätt en binokulär transformator framifrån resp. från sidan, Fig. 5 visar en ett ekvivalensschema för en ferritkopplare, Fig. 6 visar ett ekvivalensschema illustrerande en kopplare enligt ett första utförande av uppfinningen, Fig. 7a och 7b visar dämpning av ”common mode” störströmmar, Fig. 8 visar ett ekvivalensschema, Fig. 9 visar en mätuppsättning för mätning av brus i en kopplare enligt känd teknik, Fig. 10 visar resultatet av en mätning enligt uppsättningen i Fig. 9, aaaa .- 10 15 20 25 30 35 a a - . .. 523 612 Fig. 11 visar en mätuppsättning för mätning av brus i en kopplare enligt föreliggande uppfinning, Fig. 12 visar resultatet av en mätning enligt uppsättningen i Fig. 11, Fig. 13 visar en mätuppsättning för mätning av brus i en kopplare enligt ett andra utförande enligt föreliggande uppfinníng, Fig. 14 visar ett första utförande av uppfinningen applicerad på en troidspole, Fig. 15 visar ett första utförande av uppfinningen applicerad på en P9-spole, Fig. 16 visar ett ekvivalensschema visande en kopplare enligt figurerna 14 och 15, Fig. 17 visar resultatet av en mätning enligt uppsättningen i Fig. 13, Fig. 18 visar resultatet av en mätning enligt uppsättningen i Fig. 17, Detaljerad beskrivning av utföringsformerna Kopplaren enligt föreliggande uppfinning löser problemen med att ändra den från en obalanserad utföring till en balanserad en.

Lösningen visas schematiskt i Fig. 6, vilken visar en exemplarisk kopplare för att verifiera dämpningsbrus. Signalen på utgången mätes medelst ett oscilloskop med hög impedansingång. Jämfört med en obalanserad kopplare, är brusgolvet lägre än c:a 10-20 dB. Uppfinningen innefattar anordnande av ett jordat mittuttag på kopplarens spole.

När en obalanserad kopplare användes överlagras det longitudinella bruset på signalen på den sekundära sidan av kopplaren, d.v.s. på den oskärmade ledningen i kärnan och anslutningsledningen plockar det longitudinella bruset och transienta komponenter som en trådantenn. Den balanserade kopplaren kommer att leda bruset till mittuttaget på kopplaren och släcka ut bruset, d.v.s. längdkomponenten jordas neutrala via kopplarens mittuttag. Ett resultat är brusgolvet reduceras för den dynamiska signalens förmån. Detta illustreras schematiskt i figurerna 7a och 7b, jämförande brusströmmen ic i en obalanserad (Fig. 7a) och balanserad (Fig. 7b) enligt uppfinningen. I en obalanserad kopplare common-mod brusströmmar, ic, kopplas direkt till kopplarens utgång allt eftersom bruset moduleras på utsignalen.

Detta beror av att kopplingskapacitansen, Cmy, mellan de primära och sekundära sidorna. 10 15 20 25 30 35 525 612 7 I en balanserad kopplare är kapacitansen, Cway, mellan de primära och sekundära sidorna fokuserad på en mittuttagsregion och transformerar common-mod brusströmmarna till mittuttaget; således eliminerande bruset på utsignalen.

Fig. 8 visar ett förslag på en frammottagare inkluderande en balanserad kopplare enligt föreliggande uppfinning. För att förbättra dämpning av bruset och EMC (även på TX sidan) är en filterinduktor införd på 220 V linjen. Förstärkaren fungerar med hög inimpedans och transformerar signalen till ett lågimpedanstillstånd.

För att bättre illustrera uppfinningens för delar utfördes ett antal mätningar, vilka visas i figurerna 9 till 14.

Fig. 99 visar en mätuppsättning bestående av en obalanserad kopplare. För mätningen användes en AMIDON transformator (N=3:4), vilken kopplades till kraftledningen på 220 V genom två filterkondensatorer på 10 nF. En TEKTRONIX 3032 oscilloskop användes för att mäta signalen över en koaxial kabel. Resultatet visas i digrammet i Fig. 10. Vid 30 MHz mättes bruset till -90 dB, vilket motsvarar -120 dBm.

Fig. 11 visar en mätuppsättning bestående av en balanserad kopplare. För mätningen användes en AMIDON transformator (N=3:4) och TOKO 1026 (N=1:1*1) transformator. AMIDON transformatorn anslöts till kraftledningen på 220 V genom två filterkondensatorer. I den första mätningen användes 10 nF kondensatorer och i den andra 470 pF kondensatorer. Mitten av spolarna jordades.

En TEKTRONIX 3032 oscilloskop användes för att mäta signalen över en koaxial kabel. Resultatet visas i digrammet i Fig. 12 för 10 nF. Vid 30 MHz mättes bruset till -100 dB, vilket motsvarar -130 dBm. För 470 pF kondensatorer var ändringen marginell: -99 dB.

Fig. 13 är en mätuppsättning innefattande en balanserad kopplare. För mätningen användes två TOKO 1026 (N=1:1*1) transformatorer, vilka anslöts till en kraftledning 220 V genom två filterkondensatorer på 470 pF. En TEKTRONIX 3032 oscilloskop användes för att mäta signalen över en koaxial kabel. Resultatet visas i digrammet i Fig. 17 och 18. Digrammet i Fig. 17 visar att kopplaren inte var ansluten till kraftledningen. Diagrammet i Fig. 18 visar kopplaren ansluten till kraftledningen. Vid 30 MHz mättes bruset till -90 dB, vilket motsvarar -120 dBm. 10 15 20 25 30 ~ a ø . . n . - - . ., 525 612 s Fig. 14 och 15 visar det fysiska utseendet av två utförande av kopplare enligt uppfinningen. I Fig. 14 innefattar kopplaren 14 en ring totoid 141 med en primär lindning 142 och sekundär lindning 142. Den primära lindningen innefattar ett mittuttag 144. Ekvivalensschemat visas i Fig. 16. Änduttagen betecknas med romerska siffror i till vi, där i och v är änduttagen av den sekundära lindningen, ii och iii mittuttagets, och v och vi den primära sidans änduttag.

I Fig. 15 visas kärnan (P9) av en transformator 150 innefattande en cylindrisk kärna 151 med en primär lindning 152 och en sekundär lindning 153. Mittuttaget 154 är anordnat vid den sekundära lindningen 153. Ekvivalensschemat i Fig. 16 avser även detta utförande. Således är änduttagen som nämndes i föregående utförande betecknade med romerska siffror i till vi, där i och v är änduttagen av den sekundära lindningen, ii och iii mittuttagets, och v och vi den primära sidans änduttag.

Självklart är uppfinningen inte begränsad till ovan beskrivna transformatorer och andra transformatorer är också möjliga.

Det bör noteras att ovan mätningar är givna som icke-begränsande exempel och mätresultaten kan variera p.g.a. involverade parametrar i mätinstrumenten, o.s.v. uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen, utan kan varieras på olika sätt utan att avlägsnas från de bifogade kravens skyddsomfång, och anordningen och metoden kan implementeras på olika sätt beroende av applikation, funktionella enheter, behov, krav och så vidare.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 523 612 q . . KRAV oss. o En signalkopplare (140, 150) vid koppling av signaler till en kraftledning, vilken signalkopplare innefattar en kärna (141, 151), på vilken är anordnade en primärlindning (143, 153) ansluten till en signalingång och en sekundärlindning (142, 152), kännetecknad därav, att nämnda sekundärlindning består av parallella ledare, en första och en andra ledare, varvid nämnda första ledare innefattar första och andra terminaler (i, vi) för anslutning till en signalutgång, och att nämnda andra ledare innefattar första och andra terminaler (144, 154) för anslutning till jord. Kopplingsanordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda första och andra terminaler (144, 154) är anordnade väsentligen i samma avstånd till nämnda första och andra terminaler av nämnda första ledare. . Kopplingsanordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda terminal (144, 154) är anordnade i samma avstånd till nämnda första och andraterminaler av nämnda första ledare. Kopplingsanordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda kärna består av en spole för radiofrekvenser. Kopplingsanordning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad därav, att nämnda kärna består av en toroidspole (141). Kopplingsanordning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad därav, att nämnda kärna består av en cylindrisk spole (141). '-4 10 15 523 612 lo ' ' . I ett kraftledningssystem ansluten till ett dataöverföringssystem, en anordning (140, 150) för koppling/avkoppling av en datasignal till kraftledningsystemet, innefattande en kärna (141, 151) försedd med en primärlindning (143, 153) ansluten till en signalingång och en sekundärlindning (142, 152), kännetecknad därav, att nämnda sekundärlindning består av parallella ledare: en första och en andra ledare, varvid nämnda första ledare innefattar första och andra terminaler (i, vi) anslutna till en signalutgång, och att nämnda andra ledare innefattar första och andra terminaler (144, 154) för anslutning till jord. En metod för reducering av störningar i en signalkopplingsanordning (140, 150), innefattande en kärna (141, 151) försedd med en primärlindning (143, 153) ansluten till en signalingång och en sekundärlindning (142, 152) ansluten till en signalutgång, vilken metod innefattar stegen att jorda en Iongitudinell komponent i nämnda lindning av åtminstone en av lindningarna vid väsentligen en mittpunkt.